文档介绍：工学博士学位论文
无线传感器网络 MAC 层退避算法及
功控算法研究
那成亮
哈尔滨工业大学
2006年12月
国内图书分类号:
国际图书分类号:
工学博士学位论文
无线传感器网络 MAC 层退避算法及
功控算法研究
博士研究生:那成亮
导师:周廷显教授
申请学位:工学博士
学科、专业:信息与通信工程
所在单位:电子与信息技术研究院
答辩日期:2006 年 12 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
:
Dissertation for the Doctor Degree in Engineering
RESEARCH ON BACKOFF AND POWER
CONTROL ALGORITHMS FOR
WIRELESS WORKS MAC
LAYER
Candidate: Na Chengliang
Supervisor: Prof. Zhou Tingxian
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Information and
Communication Engineering
Affiliation: School of Electronics and
Information Technology
Date of Defence: Dec., 2006
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
由于无线传感器网络不需要任何固定网络的支持,具有快速展开、抗毁
性强等特点,引起人们的广泛关注,它在军事监控与环境监测,地震与气候
预测,地下、深水以及外层空间探索等许多方面都具有广泛的应用前景。可
以说无线传感器网络是信息感知和采集技术的一场革命,是 21 世纪最重要的
技术之一。媒质接入层(MAC)技术是无线传感器网络中最具挑战性的一部
分,而节能则是 MAC 协议的首要问题。
无线传感器节点硬件具有功能简单、低成本、低功耗、低数据率、发射
功率小的特点,并且应用于多种复杂环境,同时网络拓扑结构变化快、无中
心化,这使得一些传统的 MAC 层技术难以保证较好的性能。因此,研究对
网络环境有一定适应能力的自适应 MAC 技术具有重要的意义。本文基于系
统性能分析与优化,对无线传感器网络 MAC 层自适应退避算法和自适应功
率控制算法进行了较深入的研究。
本文首先针对 MAC 层 CSMA 接入方式提出一种能自适应网络流量且有
效避免二次冲突的 AASC 退避算法。针对无线传感器网络的能量限制和多跳
中继通信的特点,利用 建立了多跳拓扑结构的无线传感器网络、节
点、协议各级仿真模型,仿真分析 标准使用的退避算法支持多跳中
继通信方式和多种应用的性能,指出该算法的不足。对无线传感器网络数据
传输的关键问题之一,如何传输其它节点的中继数据进行了研究,仿真对比
了中继数据优先传输的好处。提出了能自适应网络流量且有效避免二次冲突
的 AASC 退避算法,利用 Markov 链理论分析了该算法的性能,给出了与
标准采用的退避算法的仿真对比数据,理论分析和仿真证明 AASC
退避算法在网络节点数目变化时有更高的吞吐量,能适应网络的变化,节省
网络能量,提高网络吞吐量。
其次指出已有的基于博弈论的功控算法不能适用于无线传感器网络,提
出利用 MAC 协议的交换信息在无线传感器网络中实现分布式非合作博弈自
适应功率控制算法。由传感节点的非中心控制和相互作用,以及尽量减少网
络开销的观点,提出利用 MAC 协议的交换信息实现基于博弈论的分布式功
控算法,结合网络的多跳中继通信方式,进一步考虑加入自适应调节因子,
使功控算法适应流量变化,分析了基于博弈论的分布式自适应功控算法的收
- I -
哈尔滨工业大学工学博士学位论文
敛速度、稳定性、公平性等,证明该非合作博弈自适应功控算法提高了网络
的节能性能。
最后指出由于 MAC 层会对路由协议有影响,所以评估路由协议时应该